基于單片機的測速和倒車提示裝置的設計--外文翻譯要點

1、信息與控制工程學院畢業(yè)設計外文翻譯信息與控制工程學院畢業(yè)設計外文翻譯基于單片機的測速和倒車提示裝置的設計design of speed and reversing hint device based on singlechip microcomputer學生學號：學生姓名：專業(yè)班級 指導教師：職 稱：起止日期：2017.02.272017.03.05外文原文見本人文檔超聲波測距外文原文超聲波測距摘要：本演示處理了測量距離的超聲波傳感器在當前環(huán)境中的準確性。作為一個測量傳 感器的選擇sfr08型配備了允許尋址的i2c通信接口。這一事實使得創(chuàng)建傳感器陣列變 得簡單?？刂坪涂梢暬到y(tǒng)是基于pc。ni

2、 usb 8451是作為通信卡使用的。驗證測量的 目標是確定實際的傳感器精度，特別是當測量較長的距離。當評估傳感器的精度時，不 包括在所測量的數(shù)據(jù)的溫度補償。關(guān)鍵詞：超聲波傳感器，i2c通信接口，虛擬儀器1簡介超聲波傳感器通常用于自動化的任務來測量距離，位置變化，電平測量，如存在檢 測器或在特殊應用中，例如，當測量透明材料的純度。它們是基于測量超聲波的傳播時 問的原則。這一原則確?？煽康臋z測是獨立的顏色渲染的對象或其表面的設計和類型。 它可以可靠地檢測甚至液體，散裝材料，透明物體，玻璃等材料。他們使用的另一個參 數(shù)是他們在侵略性的環(huán)境中使用，不是非常敏感的污垢和測量距離的可能性。超聲波傳 感器

3、在許多機械設計中被制造。對于實驗室用途，用于發(fā)射器和接收器單獨或在一個單 一的簡單的住房，對于工業(yè)用途，往往建造堅固的金屬外殼。有些類型允許您使用電位 計或數(shù)字來調(diào)整靈敏度。止匕外，輸出可以在統(tǒng)一的版本中或直接以數(shù)字形式的模擬信號 直接中。就傳感器來說，可以通過通信接口連接到pc,它是可以設置所有傳感器的工作 范圍和測量距離的詳細參數(shù)。2超聲測量超聲對環(huán)境中的聲音具有相似的傳播特性。這是機械振動的粒子環(huán)境。超聲波可以 在氣體、液體和固體中傳播。對于超聲波通常被認為是一個頻率高于20千赫的聲音。根據(jù)超聲波的用途可以分為兩類：主動超聲：當應用表現(xiàn)出物理或化學效應。生成的輸出達到更高的值。超聲波用于

4、 清潔，焊接，鉆孔等。被動超聲；輸出是在低得多（通常是?。┲诞a(chǎn)生的對比度。他的主要應用領(lǐng)域是測 量距離，檢測材料的缺陷和材料的厚度，測量液體和氣體的流量，以及醫(yī)療保健的診斷, 聲音的速度取決于它移動的環(huán)境類型和環(huán)境的當前溫度。某些材料的聲速顯示在表1中表1材料中聲傳播的速度氣體（m/s）固體（m/s）液體（m/s）空氣（0c）331鋁5100水（20c）1481空氣（20c）343鋼5000水（25c）1497氨氣(25c)965混凝土1700汽油(20c)1170氫氣(25c)1284銅3500水銀（25c）14502.1 超聲波傳感器超聲波傳感器的工作原理是測量通常一些很短的脈沖發(fā)送和接收

5、的發(fā)送信號的反射 之間的時間差?；镜臉?gòu)建塊是發(fā)射器和接收器。發(fā)射器塊可以由兩種類型的換能器組 成；磁致伸縮換能器-工作在低頻率，其原理是基于磁性材料長度的力學變化。壓電換能器-工作在高頻率，其原理是基于逆壓電效應。超聲波接收器是根據(jù)機械波 的反射原理反射回電信號。接收冷發(fā)即器圖1超聲波傳感器的方框圖2.2 超聲波傳感器srf08超聲波傳感器sf08有時也稱為聲納。它是超聲波障礙探測器。它能夠測量的距離高 達11米。傳感器的測量的原則是超聲波信號的第八個周期和40千赫頻率。聲納測量 發(fā)送測試信號和接收其反射之間的時間。測量值（個別反射）存儲多達16個可以從主系 統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)的寄存器。根據(jù)這個原則

6、，它遵循的一個最大的優(yōu)點是，這種傳感器-測量對 象的可能性只能處在理想的距離。該傳感器通過i2c總線進行通信。這一事實允許您從 傳感器尋址，還可以創(chuàng)建傳感器陣列。除了改變設置在生產(chǎn)中的基本地址，傳感器能夠 從單位和測量環(huán)境光的輸出變量中選擇。聲納也適用于神經(jīng)網(wǎng)絡。2.3 傳感器srf08勺基本特征電源電壓：5伏直流電流消耗：12毫安-測量，3毫安-延遲頻率：40千赫測量范圍：43毫米- 11000毫米通信總線：i2c基地址：0xe0 （可調(diào)16個地址）測光模式：多回波，記錄多達17個早期反射單位：英寸、厘米、微秒尺寸：43x20x17毫米圖2傳感器srf08傳感器srf08寄存器列表如下。第一

7、個為只寫寄存器（0-2）,其他的可用于讀寫srf08共有36個寄存器。表2 srf08寄存器地址讀寫0修訂版sw命令注冊表1燈光增益21.回波msb范圍31.回波lsb3417.回波msb3517.回波lsb2.4 尋址傳感器和測量測量過程首先在指令寄存器中寫入80到82。根據(jù)適當?shù)膯卧臏y量值的內(nèi)容（英 寸，厘米，微秒）。在人工神經(jīng)網(wǎng)絡（ann）的情況下，指定一個83至85之間的和測 量模式相同的給定的格式單位命令是有必要的。傳感器地址的變化可以通過將值從160到170寫入下表中的命令寄存器來完成。表3測量和尋址srf08指令描述十進制十六進制8050測量值（英寸）8151測量值（厘米）82

8、52測量值（微米）8353測量值（英寸）8454測量值（厘米）8555測量值（微米）160a0地址1.字節(jié)165a5地址2.字節(jié)170aa地址3.字節(jié)在開始時，每個測量寄存器啟動復位，從十進制值255 （0xff）開始讀數(shù)。推薦的 延遲時間是65毫秒。第一個完成測量后捕獲的回波聲納位于地址 2 （msb）和地址3 （lsb）,第二個回波在地址4、地址5,依此類推。每一個測量也使位于地址1的光 傳感器更新，記錄更多反射的優(yōu)點是能夠在測量距離內(nèi)檢測到多個對象。綜上所述，閱 讀測量值可能在65毫秒后，或通過讀取寄存器的內(nèi)容。如果讀取值才 255,那么它便是 一個有效的測量結(jié)果。當你需要改變測量范圍可

9、以通過改變登記在地址0x2的值。值0x0表示43毫米的距 離,值0xff代表11米的距離.依靠寄存器值和范圍包含以下公式：范圍二【（記錄2） *43】+43 （毫米）（1）基本傳感器的地址是0xe0。它可以更改為其他16個地址之一（0xe0, 0xe2, 0xe4, 0xe6, 0xe8, 0xea, 0xec, 0xee, 0xf0, 0xf2, 0xf4, 0xf6, 0xf8, 0xfa, 0xfc, 0x fe）地址 可以在具有多個傳感器的i2c總線通信的應用案例。另一種可能性是地址0x00。使用此 地址，您可以將數(shù)據(jù)寫入總線上所有連接的傳感器。改變總線i2c地址必須連接到一個 傳感器

10、。換一個地址必須進入連續(xù)三個命令序列（0xa0, 0xaa, 0xa5）需要改變他們 的順序。作為第四命令，然后注冊一個新的傳感器地址。這個順序必須寫的地址 0x000 對于新地址不知道的傳感器來說，推斷l(xiāng)ed的閃爍的數(shù)目時可能的，所以在led發(fā)出 一個長光之后，伴隨著連續(xù)的短閃爍。十進制形式產(chǎn)生的地址可以通過以下公式計算：地址=2*閃爍次數(shù)+224 （十進制）（2）3與傳感器的通信帶傳感器的整個通信系統(tǒng)由一臺pc機和通用通信卡ni usb-8451,它提供了兩個接 口 spi和i2c。與傳感器通訊已選定的i2c接口。i2c是一個雙線串行總線。sda信號是用于數(shù)據(jù)傳輸，scl信號用于同步傳輸。

11、連接到總線的每個設備都有一個7或10位的設置在工廠的唯一地址。它用于選擇設 備。每個設備必須有不同的地址。在總線上可以連接設備作為主、從，另外設備也可以 作為主從?？偩€是一個多主的，這意味著，總線可以連接到一個以上的主人?？偩€還具 有用于在多個設備同時傳輸時檢測沖突的能力。數(shù)據(jù)sda和scl時鐘信號是雙向的數(shù)據(jù)線。信號被固定到邏輯高電平通過上拉電 阻接正電源電壓。連接到i2c總線上所有設備的輸出必須是集電極開路型，這樣就可以 實現(xiàn)與邏輯功能。總線上的通信速度可能是不同的，以便連接到總線也較慢的設備。其中一個限制也 適用-更高的傳輸速率-總線的最大長度越短。這種局限性是由于在高的線的長度在寄生電

12、 容導體sda和scl的增加。默認情況下，通信總線速度為100千位/秒（標準模式），在其他模式的通信速度高： 快速模式-400千位/秒，快速模式加1兆位潛，高速模式3,4兆位渺，美國最高波特率 （快速模式）是5兆位/秒。由于各種設備運行在不同的電壓水平對i2c總線的連接是不固定的電平邏輯0（低） 和邏輯1 （高）。他們的值來源于電源電壓的百分比：低電平電壓=0.3電源電壓，高電 平電壓=0.7電源電壓。3.1 通訊協(xié)議開始每個i2c總線通信起始于起始位、終止于停止位。通信的開始，信號sda由高 電平變?yōu)榈碗娖剑瑂cl信號處于高電平。通信結(jié)束時，信號scl在高電平時，信號sda 的邏輯電平從低變

13、為高電平。圖3通信中的起始和停止位啟動和停止通信條件總是生成主站。當啟動通信時該總線被認為是繁忙的，相反， 當停止通信時，總線被認為是空閑的的，在產(chǎn)生重啟條件而不是停止條件的情況下，總 線保持忙。在這方面，啟動和重啟被認為是相同的。檢測啟動和停止條件非常簡單，如果一個設備連接到總線，有相應的硬件。然而， 沒有這個設備的微控制器必須至少每周期時鐘信號檢查總線的狀態(tài)2次。msb3r)開始每個i2c總線通信由起始位開始，由停止位結(jié)束。通信的開始通過將信號sda 的邏輯電平h改變?yōu)閘電平來定義，而scl信號處于邏輯電平h。結(jié)束通信被定義為當 信號scl是邏輯電平h時邏輯電平l到電平h信號sda的改變，

14、也在邏輯電平h。i瑞認隔認in鰭束4復鰭束短j . .ta /a k*/1aok 1 fak開說了專關(guān)成 i i拜放性電平更題共始從闌氏電平從屬圖4通過can總線傳輸?shù)淖止?jié)3.2 ni usb-8451 卡ni usb 8451卡是高速（12mb / s） usb 2.0卡。該卡可連接到i2c和spi總線，還 包括通用di / o端口。該卡支持i2c總線的通信速度為32khz至250khz, spi總線的 通信速度為48khz至12mhz。圖 5 ni usb-8451 卡ni usb-8451的基本參數(shù)：電源：usb （4.1伏至5.25伏 直流，最大500毫安）針腳數(shù)：32連接端口：端子尺

15、寸：8.18厘米x 8.51厘米x 2.31厘米（包括端子）表 4 ni usb-8451 連接信號描述spi cs輸出片選spi mosi(sdq輸出主輸出從輸入用于與從站 通信spi miso (sdi)輸出主輸入從輸出用于與從站 通信spi clk輸出clk號i 2c sda集電極開路輸出i 2c總線上的數(shù)據(jù)i2c scl集電極開路輸出i2c總線上的clkpi/o通用i / o+5v輸出電源電壓-usbgnd信號地nc未連接3.3 通信萬案超聲波傳感器通過i2c總線連接。有2個上拉電阻連接到電源電壓。 它們用于在 總線的空閑狀態(tài)下調(diào)整h邏輯電平。止匕外，在板上還連接有兩個電容器c,其在測

16、量期 間在傳感器的較高電流消耗下穩(wěn)定電源電壓。n1-k45ii2.c sda izc sa +5v gnd圖6傳感器和ni usb-8451卡連接50ascl sfroncgnd4傳感器測量應用該應用程序是在labview圖形編程環(huán)境中開發(fā)的。為用戶創(chuàng)建了一個圖形界面， 允許您指定測量，讀取結(jié)果并根據(jù)需要進行調(diào)整。該應用具有初始化部分，其中進行卡選擇和設置用于通信的電壓電平。另一部分由 環(huán)路形成，其執(zhí)行與傳感器的重復通信。在開始測量和讀取數(shù)據(jù)之間必須加載等待傳感 器完成測量。此等待時間設置為100毫秒（最小65毫秒）。下面的流程圖說明了測量 算法。5驗證申請為了確定傳感器的測量精度，對不同距離

17、進行實際測量直到750cm的最大距離。此 外，它也已經(jīng)驗證了方向傳感器的特性。5.1 距離測量精度的驗證第一個實現(xiàn)了驗證精度距離測量，它被分為3部分。在第一部分中，距離可達300 厘米，隨后距離可達600厘米，最后距離可達750厘米。5.2 測量方法傳感器在垂直位置放置在支架上，使得它面向天花板。選擇這樣的位置是因為來自 空間中的其他對象的可能反射以及更容易識別測量對象。通過超聲波傳感器在實驗室進行3m距離測量。測量程序包括使用可調(diào)節(jié)高度的三 腳架逐漸增加傳感器和天花板之間的距離?？偸鞘褂胻ape-measur檢查傳感器測量的距 離以確定參考距離。 根據(jù)eg （通告mpo no.339 / 2

18、000sb ,參考儀表的精度在ii級。 精度由下式給出：測量誤差=（0.3+0.2標距長度）（毫米）（3）下表顯示每個測量距離的最大誤差計：表5使用磁帶測量的測量誤差根據(jù)eg ii的誤差極限（毫米）1米2米3米5米8米10米0.50.70.91.31.92.3在結(jié)果表中，將測量值作為自己的儀表長度（測量帶）和超聲波傳感器進行評估， 最終測量總誤差。在列中的傳感器精度tp也包括精密儀器，這是由超聲波傳感器驗證。表6高達3m的測量lm（厘米）ls() s（厘米） m(4) s clk()tp(%)1137136.5-0.5士 0.70.570.5(0.46)2156155-1士 0.71.0731

19、74173-1士 0.71.074210.2210-0.2士 0.90.295240.3239-1.3士 0.91.396284.5284-0.5士 0.90.59其中：1m由磁帶計測量的距離1s傳感器測量的距離s傳感器錯誤磁帶計錯誤sclk總誤差（包括誤碼儀）tp傳感器精度等級總誤差超聲傳感器被計算為相對于3m范圍的最大偏差：clk總誤差=【最大（i傳感器錯誤i + i磁帶計錯誤i ）/300 *100 （%）（4）5.3 測量結(jié)果高達6m在6m范圍內(nèi)的距離測量的程序類似于前面的情況進行。由于相應的房間被選為具有所需參數(shù)教室天花板高度的教室（見表7）。由于最后一次測量是在6m范圍內(nèi)進行的。該

20、測量在fei, vsb-tu ostrava的入口 大廳進行。還有天花板所需的參數(shù)（見表8）。在這兩種情況下的計算類傳感器精度與確定基本傳感器測量范圍距離直到 3m的精 度等級的情況相同。表7高達6m的測量lm（厘米）ls() s（厘米） m() s clk()tp(%)1396395-1.00士 1.31.330.7(0.62)2422.84252.20士 1.32.333452.44552.60士 1.32.734487.5485-2.50士 1.32.635517.5515-2.50士 1.92.696546.3545-1.30士 1.91.497578.5575-3.50士 1.93.

21、698607.5605-2.50士 1.92.6996356350.00士 1.90.19表8超過6m的測量1m（厘米）1s() s（厘米） m() s clk()tp(%)17337303.0士 1.93.190.4*(0.38)*范圍設置xr = 8m6方向特性根據(jù)制造商的數(shù)據(jù)表，超聲波傳感器傳感器使光束角度為 55。下圖顯示了傳感 器在極坐標中的輻射方向圖。 為了測試這個特性只取一點。由于本實驗的簡單實現(xiàn)， 選擇測量距離150厘米。圖8定向特性srf08在傳感器上方放置沿著其移動板（24x 39cm）的路徑。將板在平面中的四個方向 上移動，直到被傳感器捕獲。隨后，從傳感器板上方的已知距離

22、位置和所測量的三角形 的斜邊的長度計算角度。在兩個軸（在四個側(cè)面的平面中）上進行測量。-16 -圖9定向特性驗證確認光束角度與制造商非常一致。測量值如下表所示:表9光束角度測量方向is ()1m （厘米）l （厘米）/s ( )/m （。）628.4628.4刖149147130.527.429.9后149147130.527.429.9z s clk( )-55.0=58.3其中：1m由磁帶計測量的距離1s傳感器測量的距離l高度板/s傳感器數(shù)據(jù)的角度/m磁帶表的角度zs clk整體角度7結(jié)論我們可以從實際測量5看到，超聲波傳感器以高精度測量距離。 在測量距離高達 3m時精度等級為0.5,